Công nghệ pin Lithium là gì? Tại sao hiện nay nhiều người chọn sử dụng pin Lithium?

Pin lithium hiện đang trở thành một trong những công nghệ lưu trữ hàng đầu trên thị trường hiện nay do điện áp cao, tự xả thấp và độ tin cậy đã được chứng minh bởi khoa học. Bài viết dưới đây sẽ giới thiệu tới các bạn đọc về công nghệ pin Lithium, cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như tìm hiểu cách sử dụng pin lithium an toàn cực hữu ích.

Pin Lithium là gì?

Pin Lithium hay còn được gọi là pin Li-on, hoặc pin Lithi-on, viết tắt là LIB, thuộc loại pin sạc. Pin Lithium cũng thường được dùng cho các thiết bị là điện di động như điện thoại, máy chụp hình, máy chơi game, máy tính laptop,… Không những như thế, loại pin này đang được chú trọng để phát triển trong quân đội, các ứng dụng của phương tiện di chuyển chạy bằng động cơ điện (như xe đạp điện,xe máy điện,…) và kĩ thuật hàng không cao cấp,lưu trữ năng lượng mặt trời, năng lượng tái tạo.

Nói theo một cách khác, pin Lithium được kì vọng sẽ có thể thay thế cho ắc quy chì. Nó sẽ không chỉ mang lại một hiệu suất hoạt động cao, mà còn hứa hẹn cực kỳ về việc đảm bảo môi trường sạch (vì hạn chế thải ra kim loại nặng), cũng như giúp nâng cao việc sử dụng an toàn (vì tránh sử dụng dung dịch điện ly chứa axit).

Pin Lithium hoạt động bằng cách nào?

Cấu tạo pin Lithium

Loại pin đặc biệt này sử dụng điện cực – được làm từ các hợp chất có cấu trúc tinh thể dạng các lớp. Khi pin đang trong trạng thái sạc và xả, thì những ion Li sẽ xâm nhập, điền đầy khoảng trống giữa những lớp này. Chính vì thế mà phản ứng hóa học đã xảy ra và cung cấp năng lượng cho các thiết bị hoạt động.

• Trong quá trình sạc pin, các ion Li chuyển động từ cực dương sang cực âm.
• Trong quá trình xả (gọi là quá trình sử dụng pin), các ion Li chuyển động từ phía cực âm sang cực dương.

Cực dương của pin được làm bằng hợp chất ô xít kim loại chuyển tiếp và kim loại Li (như LiMnO2, LiCoO2,… còn cực âm được làm bằng graphite. Ngoài ra, dung dịch điện ly môi trường của pin (nghĩa là môi trường cho phép các ion Li được chuyển dịch từ điện cực này sang điện cực kia) phải có độ dẫn ion cực tốt cũng là chất cách điện tốt.

Công nghệ pin Lithium LiFePO4

Pin Lithium là một tổ hợp bao gồm rất nhiều tế bào, như pin axit-chì và nhiều loại pin khác. Pin axit chì thì sẽ có điện áp danh định là 2V / tế bào, trong khi pin Lithium thì sẽ có điện áp danh định là 3,2V. Do đó, để đạt được pin 12v, thông thường các bạn sẽ có bốn cục pin 3,2V được kết nối thành một chuỗi.

Điều này cũng sẽ làm cho điện áp danh định của LiFePO4 12.8V. Tám tế bào đã được kết nối trong một chuỗi tạo ra một pin 24 V với điện áp danh định 25,6V và có mười sáu tế bào được kết nối trong một chuỗi tạo ra được một pin 48V với điện áp danh định là 51,2V. Các điện áp này sẽ hoạt động rất tốt với các bộ biến tần khoảng 12 V, 24 V và 48V điển hình của bạn.

Pin Lithium thường sẽ được sử dụng để thay thế trực tiếp pin chì-axit vì chúng có điện áp sạc cũng rất giống nhau. Pin LiFePO4 bốn cell (12.8V), thường sẽ có điện áp sạc tối đa nằm trong khoảng 14,4-14,6V.

Điều độc đáo của pin Lithium chính là chúng không cần sạc hấp thụ hoặc được giữ ở các trạng thái điện áp không đổi trong thời gian đáng kể.Thông thường, khi pin đã đạt đến điện áp sạc tối đa, nó sẽ không còn cần phải sạc nữa. Các đặc tính xả của các loại pin LiFePO4 cũng là duy nhất. Trong quá trình xả, pin Lithium cũng sẽ duy trì điện áp cao hơn nhiều so với pin axit chì thường được tải.

Xe nâng điện hiện nay đang tăng trưởng mạnh về thị phần trong 10 năm qua với sự thúc đẩy rất mạnh mẽ do Thương mại điện tử và sự tăng trưởng của kho bãi, các khu công nghiệp so với lưu trữ phi tập trung. Trước đây, tất cả các loại xe tải này đều được cung cấp năng lượng đến từ một số loại pin axit chì, Pin Gel hoặc Pin AGM. Trong những năm trở lại đây, Li-Ion ngày càng trở nên hiệu quả hơn về mặt tính chi phí khi đóng vai trò mạnh mẽ hơn trong các chiến lược phát triển và mua hàng của các nhà sản xuất và khách hàng.

Với sự khác biệt về các phản ứng hóa học, điện phân dung dịch, khác biệt về hiệu suất và giá thành hiện tại giữa 2 loại pin này, mặc dù cả hai lựa chọn pin lithium-ion và axit chì đều chính là giải pháp lưu trữ hiệu quả, nhưng đặt lên bàn cân so sánh thì có lẽ Pin Lithium-ion là lựa chọn tối ưu hơn cả.

Đặc tính pin Lithium

Điện áp sạc sẽ có thể ảnh hưởng tới tuổi thọ pin

Theo số liệu thực nghiệm thì khi sạc một viên pin chịu được điện áp tối đa là 4,2V thì pin sẽ có chu kỳ sử dụng 300 – 500 lần và siệu suất sử dụng sẽ đạt 100% nếu sạc bằng đúng điện áp 4,2V. Trong trường hợp cắm sạc với điện áp thấp hơn (4,1V), pin sẽ đạt được 600 – 1.000 chu kỳ để sử dụng nhưng hiệu suất chỉ đạt 90%. Trường hợp sạc với phần điện áp thấp hơn nữa (4V), chu kỳ sử dụng tăng lên 1.000 – 2.000 và hiệu suất sẽ giảm còn 80%. Tương tự với trường hợp 3,92V là 2.400 – 4.000 chu kỳ và đến 75% hiệu suất.

Mối liên quan giữa độ xả pin và dung lượng pin

Pin của bạn sẽ có thể được kéo dài tuổi thọ nếu bạn sạc nó thường xuyên hơn và tránh thải cạn năng lượng. Ví dụ, nếu như bạn thường xả pin điện thoại xuống mức bằng 0%, nó sẽ chỉ đạt 300 – 500 chu kỳ trước khi đã bị suy giảm còn 70% khả năng lưu trữ. Ngược lại, nếu như bạn sạc pin thường xuyên, nó sẽ phục vụ bạn lâu hơn.

Ưu điểm của pin Lithium so với các loại pin thông thường

Tùy thuộc vào lĩnh vực ngành công nghiệp sản xuất, quyết định lựa chọn sử dụng công nghệ pin Lithium-ion có thể khá là dễ dàng hoặc khó hơn một chút khi cần phải nhìn vào giá bán của Pin Lithium, tuy nhiên đó là khi chúng ta chưa nhận ra những lợi ích to lớn mà loại năng lượng Li-Ion tối ưu này mang lại.

Khoảng cách về giá bán có lẽ là một trở ngại ban đầu cho nhiều khách hàng, vậy nên những ưu điểm, lợi thế của sản phẩm Pin Lithium-ion được nêu ở dưới đây sẽ giúp tháo gỡ những thắc mắc, trở ngại mà hầu hết người dùng hiện đang gặp phải:

Tuổi thọ Pin cao hơn

Pin Lithium-ion có vòng đời trong khoảng từ 3000 lần sạc trở lên so với chỉ 500-1000 lần sạc của sản phẩm ắc quy Axít-chì. Pin Lithium-ion sẽ kéo dài gấp nhiều lần số chu kỳ sạc so với pin Axít-chì, dẫn đến tuổi thọ hiệu quả lâu hơn cho Pin Li-Ion.

Chu kỳ này cũng được tính theo % sạc thay vì một chu kỳ mỗi khi mà bạn kết nối pin với bộ sạc. Điều này có nghĩa đó là: 10% sạc là 1/10 của một chu kỳ với sản phẩm pin Li-Ion, trong khi sạc 10% ở pin axit chì là 1 chu kỳ.

Thời gian sạc nhanh hơn

Trong khi ắc quy Axít-chì vẫn luôn cần thời gian sạc đầy 8-12 giờ để giữ được cân bằng phản ứng hóa học của ắc quy, thì Pin Lithium-ion cũng thực sự vượt trội khi có thể sạc bất cứ lúc nào, tranh thủ để sạc 10-30 phút nghỉ ngơi và sạc đầy bình chỉ với 2-2,5 giờ. Điều này sẽ cung cấp giải pháp hiệu quả để làm việc theo ca của bạn và giúp giảm tổng thể dung lượng Pin mang theo trong xe.

Trọng lượng nhẹ hơn

Pin lithium-ion là pin có mật độ năng lượng cao khiến pin lithium-ion tương đối nhỏ và nhẹ. Nó có trọng lượng chỉ bằng một phần ba trọng lượng của pin axit-chì. Điều này lại giúp mang đến cho các nhà sản xuất như EP cơ hội phát triển những chiếc xe nâng hàng với tiêu chuẩn cao hơn, chỗ để chân được lớn hơn, cabin rộng, thoáng hơn và xe nâng hoạt động cựu tốt hơn do kích thước và trọng lượng nhỏ hơn của pin.

Hiệu quả cao hơn

Hầu hết các sản phẩm pin lithium-ion có hiệu suất 95% trở lên, có nghĩa là 95% hoặc nhiều năng lượng hơn đã được lưu trữ trong pin lithium-ion thực sự cũng có thể được sử dụng. Ngược lại, pin axit chì cho thấy hiệu quả gần 80 đến 85%.

Điều độc đáo của pin Lithium chính là chúng không cần sạc hấp thụ hoặc được giữ ở các trạng thái điện áp không đổi trong thời gian đáng kể.Thông thường, khi pin đã đạt đến điện áp sạc tối đa, nó sẽ không còn cần phải sạc nữa. Các đặc tính xả của các loại pin LiFePO4 cũng là duy nhất. Trong quá trình xả, pin Lithium cũng sẽ duy trì điện áp cao hơn nhiều so với pin axit chì thường được tải.

Thân thiện với môi trường hơn

Từ quan điểm của các nhà sinh thái, nó không độc hại và vô hại. Pin lithium sẽ không thải khí nên đây là công nghệ sạch hơn và an toàn hơn hẳn cho môi trường so với axit chì.

Không cần bảo trì

Trong khi pin chì-axit vẫn luôn cần bảo trì đặc biệt ( châm nước cất…), thì pin lithium sẽ không cần bảo trì tích cực để kéo dài tuổi thọ. Điều đó phần lớn có thể giúp loại bỏ các chi phí bảo trì pin.

Ít tốn kém

Điều quan trọng chính là so sánh giá năng lượng để đảm bảo bạn có thể nhận được rất nhiều cho các loại sản phẩm pin axit chì và Li-ion. Tóm lại, pin axit chì cũng có thể ít tốn kém hơn về chi phí mua sắm ban đầu, tuy nhiên, một giải pháp cho pin lithium có thể góp phần vào hoạt động trong kho hiệu quả hơn về chi phí trong thời gian dài:

• Tiết kiệm chi phí và thời gian cho mỗi lần sạc pin.
• Sạc nhanh nên sẽ không cần Pin dự phòng để xe hoạt động liên tục.
• Mất ít thời gian và công sức hơn để có thể bảo trì và châm nước như pin axit chì.
• Giảm lãng phí năng lượng (pin axit chì sẽ thường sử dụng tới 50% năng lượng thông qua nhiệt, trong khi các pin lithium chỉ sử dụng tối đa 15%).

Lưu ý quan trọng khi chọn pin Lithium

Khi xem xét việc thay thế pin axit-chì hiện tại bằng pin Lithium-Ion hoặc so sánh việc sử dụng các loại pin lithium trong xe nâng điện công suất cao giữa nhiều nhà cung cấp khác nhau, người dùng nên cân nhắc một vài điều sau:

Chọn cell pin Lithium chất lượng

Cell chính là là trái tim của pin. Pin Lithium chỉ sử dụng các Cell chất lượng cao nhất của công nghệ đảm bảo an toàn nhất và cố gắng cải thiện mật độ năng lượng và kéo dài tuổi thọ. Pin Lithium thông qua các Cell LiFePO4 có thể được vận hành suốt trong một phạm vi nhiệt độ cực kỳ đa dạng cho các ứng dụng khác nhau, ngay cả trong những điều kiện thời tiết khắc nghiệt. EP đã được thiết kế và giúp tập hợp các giải pháp pin tùy chỉnh hoặc các ứng dụng điện tử cực kỳ khác nhau. Có 13 thông số kỹ thuật trên các Cell pin Lithium có thể phù hợp với khách hàng.

Hệ thống BMS cần phải uy tín

Sự atoàn của pin Lithium đã thu hút nhiều phương tiện truyền thông cũng như sự chú ý của pháp luật. Hệ thống quản lý pin (BMS) sẽ đóng một vai trò quan trọng để bảo vệ pin chống việc đoản mạch, phân cực ngược, quá điện áp và quá dòng thể hiện độ tin cậy của các hệ thống sử dụng pin lithium-ion. Bằng cách thu thập về dữ liệu, tính toán và kiểm soát quá trình sạc và quá trình xả điện áp, dòng điện, nhiệt độ và trạng thái sạc, BMS sẽ đảm bảo tuổi thọ của pin và cải thiện hiệu suất của pin.

BMS cũng có chức năng ngăn không cho pin quá nóng trong quá trình sử dụng, vì tuổi thọ của pin li-ion ũng sẽ phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện hoạt động của nó. Và BMS còn giúp được nhiều hơn: Sạc pin sẽ được tối ưu hóa và các chu kỳ sạc và xả được lưu trữ trong bộ nhớ.

Hoạt động ổn định

Mạng khu vực điều khiển (CAN bus) chính là hệ thống bo mạch, cho phép tiếp xúc nhanh giữa tất cả các bộ phận của pin. CAN bus hoạt động như là một trung tâm mạng, trung tâm truyền thông tin về tình trạng của pin và tự động gửi báo động đến hệ thống BMS khi xảy ra sự cố.

Với sự kết hợp giữa những chức năng BMS và CAN, EP phát triển hệ thống để chẩn đoán từ xa để chủ động theo dõi hiệu suất pin của tất cả những xe nâng tích hợp EP Lithium. Đây là một hệ thống mạnh mẽ để cung cấp khả năng giám sát và phân tích dữ liệu tiên tiến cho các dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật tốt hơn.

Phụ kiện bền vững

Các thành phần có chất lượng cao có thể tránh quá nhiệt khi sạc và khi xả dòng điện cao. Pin Lithium được thiết kế với các thành phần chất lượng cao nhất sẽ có thể tối đa hóa hiệu suất của hệ thống pin của bạn.

Hướng dẫn cách sử dụng pin lithium an toàn

Sạc trong nhiều lần thay vì sạc đầy

Thay vì cố gắng sạc đầy 100% pin cho mỗi lần sạc thì bạn sẽ chỉ nên sạc tới một mức nào đó, ví dụ 30% lên 60% hay từ 45% lên 79%. Điều này có thể sẽ hơi phiền phức do phải sạc nhiều lần mỗi ngày, nhưng nó lại có thể giúp kéo dài tuổi thọ pin.

Theo số liệu thực nghiệm thì khi sạc một viên pin chịu được điện áp tối đa là 4,2V thì pin sẽ có chu kỳ sử dụng 300 – 500 lần và siệu suất sử dụng sẽ đạt 100% nếu sạc bằng đúng điện áp 4,2V. Trong trường hợp cắm sạc với điện áp thấp hơn (4,1V), pin sẽ đạt được 600 – 1.000 chu kỳ để sử dụng nhưng hiệu suất chỉ đạt 90%. Trường hợp sạc với phần điện áp thấp hơn nữa (4V), chu kỳ sử dụng tăng lên 1.000 – 2.000 và hiệu suất sẽ giảm còn 80%. Tương tự với trường hợp 3,92V là 2.400 – 4.000 chu kỳ và đến 75% hiệu suất.

Không nên xả đến mức cạn pin

Luôn chứ ý giữ một phần năng lượng trong pin thay vì xả cạn về mức 0% rồi sau đó mới sạc lại. Phần năng lượng đó có thể giúp quản lý tốt các tế bào trong viên pin trong thời gian đợi người dùng cắm sạc.

Pin của bạn sẽ có thể được kéo dài tuổi thọ nếu bạn sạc nó thường xuyên hơn và tránh thải cạn năng lượng. Ví dụ, nếu như bạn thường xả pin điện thoại xuống mức bằng 0%, nó sẽ chỉ đạt 300 – 500 chu kỳ trước khi đã bị suy giảm còn 70% khả năng lưu trữ. Ngược lại, nếu như bạn sạc pin thường xuyên, nó sẽ phục vụ bạn lâu hơn.

Pin hoạt động tốt nhất là khi ở 40%

Trạng thái tốt nhất của các loại pin Lithium-ion là khi còn 40% năng lượng. Đó cũng chính là lý do tại sao pin trong các thiết bị vừa xuất xưởng thường sẽ chỉ chứa 40% – 50% năng lượng.

Bảo quản pin ở nơi cao và khô

Giữ pin được lưu trữ ở nơi cao và khô trong hộp không dẫn điện. Tránh việc lưu trữ chúng cùng với các vật kim loại có thể khiến chúng dễ bị đoản mạch.

Tránh gặp nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp

Pin có thể mất tới 80% công suất hoạt động nếu như bị để ở nhiệt độ 60 độ C trong 1 năm, còn ở 20 độ C thì phần công suất bị giảm tương ứng chỉ là 20%. Tương tự, nhiệt độ pin quá thấp như trong môi trường đóng băng cũng sẽ cực kỳ không tốt cho tuổi thọ của pin.

Không thể để pin cạn kiệt năng lượng quá lâu

Thông thường, pin Lithium-ion sẽ ở trạng thái bị cạn kiệt năng lượng nếu rơi xuống mức điện áp là 3V/cell. Ở mức 2,7V/cell thì mạch bảo vệ cũng sẽ tự chuyển pin sang chế độ ngủ và làm cho nó mất khả năng sạc theo thời gian. Do đó, trong quá trình bạn sử dụng hay khi đang muốn cất giữ pin, bạn cũng cần chú ý tới các mức dung lượng tốt theo khuyến cáo là 40%.

Trên đây là những chia sẻ cực quan trọng về công nghệ Pin Lithium hiện đại, cấu tạo và nguyên lý hoạt động, hi vọng những thông tin này sẽ hữu ích với bạn trong quá trình sử dụng các sản phẩm công nghệ này.